5G前传方案分析
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2020-01-06 10:23    文章来源:ZTe刊(A030100158)
文章摘要:随着 5G 的规模化部署,5G 承载网的建设受到越来越多的关注。前传作为移动回传网的重要部分,5G 前传方案的选择将直接影响运营商的投资和建设效率。

随着 5G 的规模化部署,5G 承载网的建设受到越来越多的关注。前传作为移动回传网的重要部分,5G 前传方案的选择将直接影响运营商的投资和建设效率。

从光纤资源角度分析,5G 前传建设基站数量相比 4G 时代将提升两到三倍,如果只用光纤直驱方式会给现网光缆造成较大压力。从建网成本来看,5G 前传设备成本较高,需保障客户投资、提升承载效率。运维方面,5G 前传涉及数量巨大的 DU(Distributed Unit)/AAU(Active Antenna Unit)。考虑到这些设备的安装、开通、升级等,必须关注承载产品的维护效率和成本。在 5G 无线接入网络部署策略影响下,5G 无线接入的网络架构和承载要求面临较大改变,因此需要分析前传方案,帮助运营商降低 5G 前传建设、维护成本,提高部署运营效率。

5G 前传承载方案

5G 前传对承载网的带宽和时延均提出了更为严苛的要求,目前优先使用 25Gbps eCPRI 接口,时延要求低于 100µs。前传承载方案主要包括传统的光纤直驱方案、无源 WDM 方案、半有源 WDM 方案和有源 WDM/OTN 方案。

光纤直驱承载方案

光纤直驱指 AAU 与 DU 采用光纤直接连接,AAU 和 DU 分别安装速率为 25Gbps 白光模块,传输距离可支持 10km。为节省光纤资源,业界提出了集成波分复用功能的 25Gbps BIDI 解决方案,AAU 与 DU 双向数据信号采用不同波长在一根光纤中传输,可以节省一半光纤资源。采用此技术后,DU 若对 10~20 个 AAU 进行收敛仍需要消耗大量光纤资源,并对 DU 侧光纤管理提出了更高的要求。光纤资源与光纤管理成为此方案的瓶颈。

无源 WDM 承载方案

无源 WDM 方案采用无源合分波器搭配彩光直驱,DU 和 AAU 上采用带波长的彩光模块,在 DU 前端和 AAU 节点分别配置光合分波器和光分插复用器,利用 WDM 技术可以大幅降低光纤资源的消耗。WDM 设备对前传业务进行透传处理不会引入时延,但 AAU 与 DU 的波长在物理层上是点对点连接,需要进行复杂的波长规划。在 AAU 基站直接使用彩光模块会对基站管理提出要求,功率预算也是需要考虑的关键指标。

半有源 WDM 承载方案

半有源 WDM 承载方案在 AAU 侧使用彩光模块,经过无源波分复用器后在一根光纤中进行传输;DU 侧采用有源 WDM 设备将前传的彩光信号进行转发,并对 AAU 的彩光模块进行运维。该方案虽然兼顾了节省光纤资源与适当运维,但仍会对 AAU 基站管理提出要求,彩光模块的功率预算仍是关键指标。

OTN 承载方案

为减少 AAU 和 DU 间波长的规划,可以通过 OTN 承载方案解决。CPRI 业务接入 OTN 设备客户侧,映射复用成高速 OTN 信号并转换成彩光接口,进行波分复用后在一根或是一对光纤中传输。OTN 开销字节可提供丰富的 OAM(操作管理和维护)和故障诊断功能,同时 AAU 和 DU 设备不需要彩光模块,避免无线设备进行波长分配和管理。OTN 承载方案具有更多的保护技术,但设备成本高,建网投资大。

WDM-PON 承载方案

WDM-PON 是一种宽带接入网演进技术,此系统中光线路终端 OLT(光线路终端)部署在 DU 侧,可提供多个不同波长的光源,实现控制、交换和管理功能。光网络单元 ONU 部署在 AAU 侧提供特定波长。OWDN(光波长分配网络)部署在 OLT 与 ONU 之间,实现波长分配。OLT 与 ONU 之间使用预先设计的波长工作,但在多波长情况下采用特定波长光源 ONU 种类过多,易造成仓储问题,因此目前基于无色 ONU 技术方案是 WDM-PON 系统的主流,但技术成熟度仍处于较低水平。

承载方案对比分析

以上五种前传方案均能满足 5G 前传带宽、时延、传输距离等性能指标要求,但具有不同的技术特点,在建设成本、建设难度和维护成本等方面均有差异。

光纤直驱方案成本最低,部署简便且后期运维便利,在光纤资源较为丰富的场景下是首选方案。无源 WDM 方案建设成本低廉,可解决光纤资源紧张的问题,此方案由纯光路器件构成,较有源 WDM 方案故障率更低,但出现故障后难以定位。半有源 WDM 方案在解决光纤资源紧张问题的同时在有源侧提供适当的运维功能,仍无法避免彩光模块对基站提出的管理要求。OTN 承载方案和 WDM-PON 方案拥有丰富的 OAM,有效提高了前传的维护管理能力,但对电源、空间、环境和机房条件要求高,建设难度大且后期维护成本高。

各种 5G 前传方案架构及优劣势对比如图 1 所示,并从成本、运维、技术成熟度几方面对各方案进行排序,见表 1。

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行业进展

中兴通讯密切关注各运营商的建网需求,依托强大的研发能力,与业界多家运营商展开深度合作。中国电信提出多种 Fronthaul 前传方案,包括光纤直驱、OTN 及 WDM-PON 等方案,2018 年,中兴通讯完成了由中国电信在北京研究院举行的首次 5G OTN 前传承载设备测试,测试业界主流的 25Gbps eCPRI 前传接口传输,在时延和时延抖动等关键性能指标上表现优异。2019 年末将参加中国电信新一轮 5G OTN 前传设备测试。

中国移动提出具有创新性的半有源方案并积极联合产业链对该方案进一步完善,中兴通讯积极响应,并将于 2020 年参加中国移动进行基于 Open-WDM 半有源方案的 5G 前传测试。后续将持续参加各运营商的 5G 前传测试,推动方案尽快商用部署。

5G 前传方案涉及巨大的建网投资,同时占用大量光纤资源,方案的选择对各个部署点的资源占用和建设周期都有突出影响。对比当前主要的 5G 前传方案的研究进展可知,半有源方案平衡了建网成本和后期运维,并在大幅降低光纤使用量的同时具有一定的运维能力,未来有望成为 5G 前传建网的主流方案。

中兴通讯愿助力运营商加快 5G 前传承载网络建设,推动 5G 业务商用规模部署。5G 前传,承载已就绪!


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